Head Worn Display - Paper Charts, e-Flight Bag and Mission Rehearsal Tool Evolution

Uma Tela Usada na Cabeça com Visão Sintética realçada com um rastreador tem ilimitado campo de observação atenta

Synthetic Vision System for Aeronautical Applications
Sistema de Visão Sintética para Aplicações Aeronáuticas

Human Translation
by George Rocha

Via flight management visualization display providing preview, rehearsal, and real-time visual acquisition of flight mission progress NASA Langley has developed a synthetic 3D visualization flight display, which presents flight data information in an intuitive way using 3D computer graphic capabilities. The flight crew can preview and rehearse flight maneuvers in a realistic environment. The display also provides an unimpeded visualization of the surrounding environment in the case of inclement weather, enabling safer flying conditions. Flight crews can rewind/fast forward/pause to certain areas of an approach or go-around and discuss abort strategies or point out dangerous terrain. New pilots can safely train on upcoming flights because of the intuitive and easy-to-follow technology.

Via tela de visualização de gerenciamento de voo fornecendo  previsão, ensaio e ganho visual em tempo real de progresso da missão de voo, a NASA desenvolveu uma tela sintética de visualização 3D do voo, a qual apresenta informação de dados de voo em uma maneira intuitiva usando capacidade gráfica 3D de computador. A tripulação de voo pode prever e ensaiar manobras de voo num ambiente realístico. A tela também fornece uma visualização desimpedida do ambiente em volta no caso de condições meteorológicas severas, possibilitando condições de voo mais seguras. Tripulações de voo podem rebobinar/ avançar rápido/pausar para áreas exatas de uma aproximação ou aproximação perdida [“arremetida”] e e discutir estratégias de abortar ou mostrar terreno perigoso. Novos pilotos podem seguramente treinar em voos futuros por causa da tecnologia intuitiva e fácil de seguir.

Seasoned pilots will notice the current paper chart arrangement but with information presented in a quickly interpretable manner. Flight crews can use the technology as a refresher for destinations less frequently traveled. The technology is widely applicable for civilian, military, and even unmanned flights.

Pilotos com muita experiência notarão o arranjo da carta atual de papel, mas com informação apresentada numa maneira rapidamente interpretável. Tripulações de voo podem usar a tecnologia como um atualizador para destinos menos frquentemente viajados. A tecnologia é amplamente aplicável para voos civis, militares e mesmo não tripulados.

Benefits

• Safety – Increased safety through better training and realistic terrain visualization

• Training – Preflight training as well as practice landing during flight. Modeled after standard FAA approach and departure aeronautical charts, thus providing potential savings in airline training costs

• Multiple platforms – Applicable for manned and unmanned flights with significant potential in the area of Moon and Mars missions National Aeronautics and Space Administration

Benefícios

• Segurança – Segurança aumentada através de melhor treinamento e visualização realística
• Treinamento – Treinamento pre-voo assim como prática de pouso durante o voo. Moldados de acordo com cartas aeronáuticas padrões da FAA de aproximação e partida, assim fornecendo economia nos custos de treinamentos de empresa áereas
• Plataformas múltiplas – Aplicáveis a voos tripulados e não tripulados com potencial significante na área de missões da Lua e Marte  da NASA

Applications rendering

The technology enables improved products for a variety of commercial and military applications:

• Manned aerospace – flight plan display

• Unmanned aerospace – real-time 3D environment

• Oceanographic – synthetic 3D environment for rehearsing complex underwater exploration routes

Retribuição de aplicações

A tecnologia possibilita produtos melhorados para uma variedade de aplicações comerciais e militares:

• Espaço aéreo tripulado – Exibição de plano de voo
• Espaço aéreo não tripulado – Ambiente 3D em tempo real
• Oceanografico – ambiente 3d sintético para ensaio de rotas de exploração complexa subaquático

The Technology

The increased drive for flight safety as well as the adoption of unmanned flights have
created a field of development around increasing the information available to the pilot.
One such application currently in development at NASA Langley utilizes flight data in
conjunction with flight plans and historical data to build a 3D synthetic flight plan. The
synthetic flight plan allows the pilots to rehearse maneuvers such as landing by simulating the environment they will see in as realistic a manner as possible.
Current flights use a system known as an electronic flight bag. The flight bag provides
important flight information to the crew. The synthetic visualization system was
developed from a pilot-centric design rather than digitizing aeronautical charts. The
system provides layered information in addition to the environmental image, such as a
visualized flight path and terrain highlights, both in a rehearsal mode as well as real-time rendering.

A Tecnologia

O impulso aumentado para segurança de voo assim como a adoção de voos não tripulados tem criado um campo de desenvolvimento por todos lados aumentando a informação disponível para o piloto.  Uma tal aplicação atualmente em desenvolvimento na NASA Langley utiliza dados de voo em conjunção com planos de voo e dados históricos para construir uma plano de voo sintético 3d. O plano de voo sintético permite aos pilotos ensaiarem manobras tais como pouso por simulação do ambiente que eles verão em maneira tão realística quanto possíel. Atualmente voos usam um sistema conhecido como uma ‘maleta’ de voo eletrônica. A maleta de voo fornece importante informação de voo para a tripulação. O sistema sintértico de visualização foi desenvolvido a partir de um projeto centrado no piloto em vez digitalização de cartas aeronáuticas. O sistema fornece informação disposta em adição à imagem ambiental, tal como uma trajetória de voo viauslizada e pontos culminantes do terreno, ambos num modo de ensaio tanto como interpretação em tempo real.

Although an experienced pilot is quite familiar the paper format, an electronic version that merely replicates paper information is unlikely to significantly increase safety; conversely, studies suggest that electronic charts may be harder to read and use^13,14. Furthermore, while some vendors are pursuing the safety benefits of EFBs (e.g., enhancing surface awareness) the tremendous potential of EFBs beyond the more obvious applications (e.g., video surveillance, performance calculations, electronic charts and manuals) have yet to be researched particularly with recent advances in 3-D graphical displays and Synthetic Vision technology. Research at NASA LaRC is focusing on development of EFBs to enhancing aviation safety. Figure 2 shows the progression of paper charts to “e-paper” and the NASA-developed Mission Rehearsal Tool (MRT).

Embora um piloto experiente esteja muito familiar ao format de papel, um sitema eletrônico que meramente reproduz informação de papel é improvavel aumentar  significantemente a segurança; inversamente, estudos sugerem que cartas eletrônicas podem ser mais difíceis para ler e usar^13,14 . Além disso, enquanto alguns fornecedores estão perseguindo os benefícios da segurança de EFBs [Electronic Flight Bag]  (por exemplo, vigilância, cálculos de performance, realçando a atenção na superfície) o potencial tremendo das EFBs além das aplicações mais óbvias (por exemplo, video decartas eletrônicas e manuais) já tem que  pesuisado particularmente com avanços recentes em exposição gráfica 3-d e tecnologia de Visão Sintética, Pesquisa na NASA LaRC está focando no desenvolvimento de EFBs para aumentar a segurança na aviação. A figura abaixo mostra o progressão de cartas de papel para “papel-eletrônico” e o MRT – Ferramenta de Ensaio de Missão da NASA.

VISTAS III is a single pilot fixed-base simulator consisting of a 144 degree by 30 degree out the window visual, a large field HDD, and pilot input controls. The simulated aircraft in VISTAS III was a Boeing 757.

Eight pilots participated in the experiment. The pilots consisted of 6 commercial pilots and 2 test pilots. Of the six commercial pilots, 2 were captains and 4 were first officers. The 6 commercial pilots had an average of over 13,000 flight hours. The subjects were given a 30-minute briefing to explain the display concepts and the evaluation tasks.

After the briefing, a 1 hour training session was conducted to familiarize the subjects with the VISTAS III simulator, the HWD devices, and the piloting task. Following training, 2.5 hours of data collection was conducted. The total time for a subject was approximately 4 hours.

VISTAS III é um simulador monoplace com base fixa consistindo de um visual com 144 graus por 30 graus fora da janela, um grande campo HDD e controles de entrada de dados do piloto. A aeronave simulada [nos testes] no VISTAS III foi um Boeing 757.

Oito pilotos participaram no experimento. Os pilotos consistiram de 6 pilotos comerciais e 2 pilotos de teste. Dos seis pilotos comerciais, 2 eram comandantes e 4 eram co-pilotos. Os 6 pilotos comerciais tinham uma média acima de 13.000 horas de voo.  Os assuntos foram dados num briefing de 30 minutos para explicar os conceitos da exposição e as tarefas de avaliação. Após o briefing, uma sessão de treinamento de 1 hora foi conduzida para familiarizar os assuntos com o simulador VISTAS III, os dispositivos HDD e a tarefa a pilotar. Seguindo o treinamento, 2.5 horas de coleta de dados foi conduzida. O total de hora para um assunto foi de aproximadamente 4 horas.

REFERENCES

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2. Bailey, R.E., Parrish, R.V., Arthur III, J.J., and Norman, R.M., Flight Test Evaluation of Tactical Synthetic Vision Display Concepts in a Terrain-Challenged Operating Environment. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2002, Editor: Jacuqes G. Verly, Volume 4713, pp. 178-189, Apr 2002.

3. Prinzel, L.J., Kramer, L.J., Bailey, R., Hughes, M., & Comstock, R., (2002). NASA Eagle-Vail Synthetic Vision Flight Test, Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society 46th Annual Meeting, 46.135-139, 2002.

4. Kramer, L.J., Arthur, J.J. III, Bailey, R.E., & Prinzel, L.J. III (2005). Flight Testing an Integrated Synthetic Vision System. SPIE. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2005, Editor: Jacques G. Verly, Volume 5802-01.

5. Bailey, R.E., Kramer, L.J., & Prinzel III, L.J. (2006, in press). Crew and Display Concepts Evaluation for Synthetic / Enhanced Vision Systems. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2006, Editor: Jacques G. Verly, Volume 6226-25.

6. Arthur III, J.J., Kramer, L.J., & Bailey, R.E. (2005). Flight test comparison between enhanced vision (FLIR) and synthetic vision systems. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2005, Editor: Jacques G. Verly, Volume 5802, pp 25-36.

7. Jones, D. (2005). Runway Incursion Prevention System Testing at the Wallops Flight Facility. SPIE. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2005, Editor: Jacques G. Verly, Volume 5802, pp 47-58.

8. Foyle, D.C., Andre, A.D., McCann, R.S., Wenzel, E., Begault, D. & Battiste, V. (1996). Taxiway Navigation and Situation Awareness (T-NASA) System: Problem, design philosophy and description of an integrated display suite for low-visibility airport surface operations. SAE Transactions: Journal of Aerospace, 105, 1411-1418.

9. McCann, R.S., Hooey, B.L., Parke, B., Foyle, D.C., Andre, A.D., & Kanki, B. (1998). An evaluation of the Taxiway Navigation and Situation Awareness (T-NASA) system in high-fidelity simulation. SAE Transactions: Journal of Aerospace, 107, 1612-1625.

10. Hooey, B.L. &, Foyle, D.C., (2001). A Post-hoc Analysis of Navigation Errors During Surface Operations: Identification of Contributing Factors and Mitigating Solutions. Proceedings of the Eleventh International Symposium on Aviation Psychology. Columbus, OH: The Ohio Sate University.

11. Byrne, M.D., & Kirlik, A. (2005). Using Computational Cognitive Modeling to Diagnose Possible Sources of Aviation Error. International Journal of Aviation Psychology, 15(2), 135-155.

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13. AC No: 120-76. Guidelines for the certification, airworthiness, and operational approvals of electronic flight bag computing devices.

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15. Arthur, J.J., Prinzel, L.J., Kramer, L.J., Bailey, R.E., and Parrish, R.V. (2003). CFIT Prevention Using Synthetic Vision. SPIE. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2003, Editor: Jacuqes G. Verly, Volume 5018, Paper 16, Apr. 2003.

16. Prinzel III, L.J., Kramer, L.J., Arthur III, J.J., & Bailey, R.E. (2005). Development and evaluation of 2D and 3D exocentric synthetic vision navigation display concepts for commercial aircraft. In Proceedings of SPIE, Enhanced and Synthetic Vision 2005, Editor: Jacuqes G. Verly, Volume 5802, pp 207-218.

17. Ames, Lawrence L. & George, Edward J. (1993). Revision and Verification of a Seven-Point Workload Estimation Scale. Air Force Flight Technical Center: AFFTC-TIM-93-01.

Eyes Hovering Above Our Houses Will Pry Thru Windows - Aerial Surveillance

High-Altitude Surveillance Drones - Coming to a Sky Near You

Zangões de Vigilância em Alta Altitude – Vindo para um céu perto de você

By John Villasenor | Scientific American |February 24, 2012|

lllustration of Boeing’s SolarEagle courtesy of Boeing

Ilustração do Solar Eagle da Boeing cortesia da Boeing

About the Author: John Villasenor is a nonresident senior fellow at the Brookings Institution and a professor of electrical engineering at UCLA.

Sobre o autor: John Villasenor é um membro senior não-residente na Instituição Brookings e um professor de engenharia elétrica na UCLA. [Universidade da Califórnia]

Human Translation

by George Rocha

Last week President Obama signed a sweeping aviation bill that, among other things, will open the skies to “unmanned aircraft systems,” more commonly known as drones. Much of the discussion regarding the coming era of domestic drones has been focused on the many important questions regarding their use at low altitudes. To what extent will it be legal, for example, for drones to hover 300 feet above residential neighborhoods snapping pictures into backyards and windows? What level of human-in-the-loop control is needed to ensure safety in a crowded airspace? And how can we stop terrorists from piloting drones at treetop level towards a target?

Take a look:

http://oregonianextra.com/gigapan/timbers-opener/index.html

Na última semana [antes de 24 FEV] o Presidente Obama assinou uma lei abrangente de aviação que, entre outras coisas, abrirá os céus para “sistemas de aeronave não tripulada”, mais comumente conhecidas como ‘zangões’.  Muito da discussão a respeito da era vindoura de zangões domésticos tem sido focada nas muitas questões importantes  a respeito de seus usos em baixa altitude. Para qual certo ponto isso será legal, por exemplo, para zangões pairarem a 90 metros acima de vizinhanças residenciais fazendo fotos instantâneas em quintais e janelas? A que nível  de controle humano no ciclo é necessário para assegurar segurança num espaço aéreo abarrotado? E como nós podemos parar terroristas de pilotar zangões ao nível do topo das árvores em direção ao alvo?

But there is another portion of the airspace—the stratosphere—that while mostly empty today, will in the coming years will become increasingly populated by gossamer-like, solar-powered drones turning silent, lazy circles in the sky. These drones will stay aloft for years at a time, running on energy collected during the day using solar panels mounted on paper-thin wings. As their slowly turning propellers push them along at bicycle speeds, arrays of high-resolution cameras on their undersides will record the daily comings and goings of the population of entire cities.

Mas há uma outra porção do espaço aéreo – a estratosfera – que enquanto principalmente vazio hoje, o desejo nos anos vindouros tornará ampliadamente populoso por zangões alimentados por energia solar, semelhante a teias de aranha girando em silêncio, em círculos indolentes no céu.  Estes zangões ficarão no ar por anos de uma vez, funcionando com energia coletada durante o dia usando painéis de energia solar montados em asas finas como papel. Enquanto suas hélices lentamente giram os empurrando em frente em velocidades de bicicleta, séries de câmeras de alta resolução abaixo de suas alturas médias registrarão as vindas e idas diariamente da população de cidades inteiras.

The stratosphere lies roughly between 40,000 and 150,000 feet in altitude. Commercial airliners often ply its lower reaches, but above about 55,000 feet the traffic is limited to a few military reconnaissance planes, unmanned weather and scientific balloons, and at rare intervals, a rocket arcing upward on its way to orbit. The stratosphere is mostly empty, cold, and quiet, closer to the blackness of outer space than to the din of human commerce.

A estratosfera encontra-se entre 40.000 (12 Km) e 150.000 pés (45 Km)  de altitude. Aeronaves comerciais frequentemente manejam em mais baixos alcances, mas acima de 55.000 pés (16 Km) o tráfego é limitado a uns poucos aviões de reconhecimento militar, balões científicos e meteorológicos não tripulados, e em raros intervalos, um foguete arqueando [subindo em arco] no seu caminho para órbita. A estratosfera é principalmente vazia, fria e silenciosa, perto da escuridão do espaço exterior do que no barulho do comércio humano.

Like so much in aviation, that is about to change. The technology to turn the stratosphere into the domain of the drones is already well under development. The Zephyr, a high-altitude, solar-powered drone designed by British company QinetiQ and weighing under 120 pounds despite having a 74-foot wingspan, stayed aloft for two continuous weeks in a summer 2010 test in Arizona. In September 2010, Boeing announced that it had been awarded a contract by the Defense Advanced Research Projects Agency to develop the Solar Eagle, a craft that will eventually be able to fly above 60,000 feet for five continuous years. And many of the information technologies needed perform detailed surveillance from these platforms are already found in common consumer electronics devices.

Semelhante a tantos na aviação, isso está para mudar. A tecnologia de virar a estratosfera em domínio dos zangões já está satisfatóriamente sob desenvolvimento. O Zephyr, um zangão alimentado por energia solar em alta altitude planejado pela companhia britânica QinetiQ  e pesando abaixo de 54 Kg apesar de ter uma envergadura de asa de 22 metros, ficou no ar por duas semanas contínuas num teste no verão de 2010 no Arizona.  Em Setembro de 2010, a Boeing anunciou que ela tinha concedido um contrato com a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa para desenvolver o Solar Eagle, uma nave que eventualmente será capaz de voar acima de 18 Km por cinco anos contínuos. E muitas das tecnologias de informação necessitadas que efetuam vigilância detalhada destas plataformas, já são encontradas em dispositivos eletrônicos de consumidor comum.

Of course, permanent eyes in the sky aren’t new. Satellites, after all, have been a constant presence for decades, and the best military reconnaissance satellites can likely deliver stunningly precise pictures of a target of interest. However, spy satellites can’t linger over a single point on the ground. By contrast, stratospheric drones will operate at altitudes that are simultaneously high enough to enable coverage of an entire city and low enough to easily collect and convey detailed images of everything in view.

Certamente,  olhos permanentes no céu não são recentes. Satélites, afinal, têm sido uma presença constante por décadas, e os melhores satélites de reconhecimento militar podem provavelmente despachar fotos precisas  impressionantes de um alvo de interesse. Todavia, satélites espiões não podem demorar-se sobre um ponto único no solo. Por comparação, zangões estratosféricos operarão em altitudes que são simultaneamente, altas o bastante para capacitar cobertura de um uma cidade inteira e baixas o suficiente para facilmente coletar e transmitir imagens detalhadas de tudo em vista.

What, exactly, will these drones be able to see? A lot, as it turns out. They will record the route and speed of every vehicle on the streets. They will observe the movements of individual pedestrians. At night, they will capture the precise moments when the lights in living rooms and bedrooms are turned on and off. The data they acquire, which can be correlated with information from mobile devices and smart meters, will become an important component of the growing digital record of nearly everything we do.

O que, exatamente, estes zangões serão capazes de ver? Uma porção, quando isso vir à luz. Eles resgistrarão a rota e velocidade de cada veículo nas ruas. Eles observarão os movimentos individuais de pedestres. À noite, eles captarão os momentos precisos quando as luzes nas salas de estar e quartos de dormir estiverem ligadas e desligadas. Os dados que eles adquirirem, os quais podem ser correlacionados  com informação de dispositivos móveis e medidores inteligentes, tornar-se-ão um importante componente do crescente  registro digital de quase tudo que nós fazemos.

And what of the legal framework for the privacy of the information collected using high-altitude drones? In 1986, the Supreme Court ruled that the police use of a private plane to view otherwise hidden marijuana plants growing in a California back yard did not constitute a violation of the Fourth Amendment because the observations were made from “public navigable airspace.” This precedent suggests that the owners of drones operated in public airspace may initially enjoy broad latitude to use them for surveillance.

E o que da estrutura legal para privacidade da informação coletada usando zangões em alta altitude? Em 1986, a Suprema Corte decidiu que o uso policial de um avião privado para visão diferente de plantações de maconha escondidas, crescendo num quintal na California, não constitue uma violação da Quarta Emenda porque as observações foram feitas de “espaço aéreo público navegável”. Este precedente sugere que os proprietários de zangões operados em espaço aéreo público podem inicialmente desfrutar ampla latitude ao usá-los para vigilância.

Ryan Calo of the Stanford Center for Internet & Society projects that drones will lead to a tightening of privacy protections precisely because they can expose so much formerly private information. For low-altitude operation, this tightening may well occur. It is hard to imagine, for example, that paparazzi and stalkers will enjoy legal protection for the long-term operation of small, camera-equipped helicopter drones above private residences.

Ryan Calo do Centro Stanford  da Internet  &  Sociedade planeja que zangões encabeçarão para um aperto de proteções de privacidade precisamente porque eles podem expor informação particular muito mais que anteriormente. Para operação em baixa altitude, este aperto pode de certo ocorrer. É dificil imaginar, por exemplo, que paparazzi e pessoas em tocaias desfrutarão de proteção legal para uma operação de período longo com pequenos  helicópteros zangões equipados com câmera acima de residências particulares.

Veja o que já existe nos estádios esportivos (ao abrir o site, basta clicar nos números para obter uma ampliação com tele objetiva e arraste a imagem para o ponto desejado e dê um clique no ícone desejado para maior ampliação). 

http://oregonianextra.com/gigapan/timbers-opener/index.html

But high-altitude drone surveillance that indiscriminately captures the detailed life of an entire city is unlikely to be viewed by the courts as a violation of the Fourth Amendment. Privacy rights, both in the formal legal sense and in terms of the accompanying societal expectations and tolerances, are often tied to the extent of individual targeting involved. For example, most of us do not object to the presence of video surveillance cameras in transit systems, office buildings, and retail stores. We recognize the necessity of this surveillance, and, importantly, we know that the video recording is not preferentially directed towards specific people. In practice, privacy is both an absolute and a relative concept, and we tend to be more accepting of privacy reductions that apply equally to everyone.

Mas vigilância por zangão em alta altitude que indiscriminadamente captura a vida detalhada de uma cidade inteira é improvavelmente de ser visualizada pelos tribunais como uma violação da Quarta Emenda. Direitos de privacidade, em ambos sentidos e termos da forma legal das tolerâncias e expectativas da sociedade, são frequentemente conectadas ao âmbito de alvo individual envolvido. Por exemplo, muitos de nós não objetamos à presença de câmeras de video de vigilância em sistemas de trânsito, prédios de escritórios e lojas de varejo.  Nós reconhecemos a necessidade desta vigilância, e, mais importante, nós sabemos que o registro em video não é preferencialmente direcionado a pessoas específicas. Na prática, privacidade é ambas, um conceito obsoleto e relativo, e nós tendemos a ser mais concordantes de reduções  de privacidade que se dirige a todos.

Today, no government body is actively and publicly promoting a plan to establish a permanent high-altitude surveillance drone presence above American cities. But because it will soon be inexpensive and easy to do so, and because the information gathered will be considered useful and valuable, it will inevitably happen—not this year, and likely not next year, but almost certainly by the end of the decade.

Hoje, nenhum corpo de governo está ativa e publicamente promovendo um plano para estabelecer  uma presença permanente  de zangão de vigilância em alta altitude acima de cidades americanas. Mas porque isso em breve será barato e fácil de fazer assim, e porque a informação colhida será cosiderada útil e valiosa, isso inevitavelmente acontecerá – não neste ano, e provavelmente não no próximo ano, mas quase certamente pelo final da década.